KR100341816B1 - 석탄을 이용한 다단 연소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석탄을 이용한 다단 연소장치에 관한 것으로, 먼저 공급된 석탄류의 착화 및 연소상태를 온도센서를 이용하여 확인하고, 이 상태에 따라 그 다음 석탄류의 공급시기를 결정하여 석탄류를 공급할 수 있게 함으로써, 석탄류를 완전히 연소시킨 다음 다시 석탄류를 자동으로 긍곱하여 연소를 지속시킬 수 있는 석탄을 이용한 다단 연소장치를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일측에 연소용 열선과 석탄의 발화 온도를 검출해 내는 온도 센서가 구비되어 있으며 적어도 2단 이상으로 적층된 다단 연소판이 서로 마주보는 형태로 설치된 몸체와, 상기 각 다단 연소판의 상부에 위치하여 온도 센서의 신호를 받아 슬라이드 크랭크 방식으로 석탄류를 공급하는 호퍼부와, 서로 마주하는 연소판의 단 하부에 위치하여 연소 후 생성된 부산물을 외부로 배출시켜 주는 재처리장치와, 상기 몸체의 상부에 장착되어 연소열로 열교환을 일으키는 열교환장치와, 열교환이 끝난 연소가스를 몸체 외부로 배출하면서 재차 열교환을 시켜주는 배기관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

석탄을 이용한 다단 연소장치{Multistage Combuster using coal}

본 발명은 석탄을 이용한 다단 연소장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 호퍼부로부터 일정량의 석탄을 공급하여 착화 및 연소상태에 따라 다시 새로운 석탄을 공급할 수 있게 함으로써, 석탄의 연소상태를 쉽게 확인하여 석탄공급을 할 수 있도록 자동화된 석탄을 이용한 다단 연소장치에 관한 것이다.

일반적으로 석탄은 첨부도면 1에서 보는 바와 같이, 탄의 종류에 따라 약 250∼600℃ 범위 내에서 착화가 이루어지게 되는데, 이러한 석탄류를 착화시키기 위한 열선은 보통 1000℃ 이상의 온도로 가열하여 사용하게 된다.

종 류	갈탄	역청탄	무연탄	코올라이트	코우크스	목탄	활성탄
착화온도(℃)	250∼350	250∼400	350∼500	450∼500	500∼600	320∼460	370

특히, 석탄류는 착화후 연소가 되면서 연소되는 형상이 아치형이나 타원형으로 연소가 이루어지게 되는데, 연소불꽃이 번지는 속도는 약 0.35∼1.0㎝/min로 알려져 있으며, 이때의 속도는 석탄류의 종류와 입도, 그리고 공급되는 공기의 온도등 주변의 영향을 많이 받게 되는 단점을 가지게 되었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 먼저 공급된 석탄류의 착화 및 연소상태를 온도센서를 이용하여 확인하고, 이 상태에 따라 그 다음 석탄류의 공급시기를 결정하여 석탄류를 공급할 수 있게 함으로써, 석탄류를 완전히 연소시킨 다음 다시 석탄류를 자동으로 긍곱하여 연소를 지속시킬 수 있는 석탄을 이용한 다단 연소장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일측에 연소용 열선과 석탄의 발화 온도를 검출해 내는 온도 센서가 구비되어 있으며 적어도 2단 이상으로 적층된 다단 연소판이 서로 마주보는 형태로 설치된 몸체와, 상기 각 다단 연소판의 상부에 위치하여 온도 센서의 신호를 받아 슬라이드 크랭크 방식으로 석탄류를 공급하는 호퍼부와, 서로 마주하는 연소판의 단 하부에 위치하여 연소 후 생성된 부산물을 외부로 배출시켜 주는 재처리장치와, 상기 몸체의 상부에 장착되어 연소열로 열교환을 일으키는 열교환장치와, 열교환이 끝난 연소가스를 몸체 외부로 배출하면서 재차 열교환을 시켜주는 배기관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다단 연소장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 단면사시도,

도 2는 본 발명에 따른 배기관을 나타내는 단면사시도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 몸체 11 : 공간부

12 : 다단 연소판 13 : 히터

14 : 온도센서 15 : 에어 덕트

16 : 함입부 20 : 호퍼부

21 : 호퍼몸체 22 : 피스톤

23 : 작동부 24 : 토출구

25 : 장공 26 : 작동돌기

27 : 샤프트 28 : 구동모터

30 : 재처리장치 31 : 스크류부

32 : 구동수단 40 : 열교환장치

50 : 링크 51 : 회전기어

52 : 체인 60 : 배기관

61 : 원통 62 : 열교환용 내관

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1은 본 발명에 따른 다단 연소장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 단면 사시도이다.

본 발명은 수평으로 나란하게 적층된 연소판 상에 석탄을 공급하여 연소시키고, 온도센서(14)에 의해 석탄의 연소정도를 감지한 다음 이 신호에 의해 자동으로 그 다음 석탄의 공급시기를 결정하여 석탄공급이 이루어지도록 하는 것이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 외부에서 공급된 석탄을 연소시켜 여기서 발생된 열을 열교환이 이루어지도록 소정의 크기를 갖는 몸체(10)를 포함하고 있다.

상기 몸체(10)는 내부에 소정의 크기를 갖는 공간부(11)가 형성된 일종의 하우징으로, 그 측부에는 상기 연소판으로 석탄을 공급해 주는 호퍼부(20)가 장착되고, 하면에는 석탄 연소 후 생기는 부산물을 몸체(10) 외부로 배출시켜 주는 재처리장치(30)가 설치되며, 상부에는 연소 후 열교환이 이루어지도록 열교환장치(40)가 안착 설치되어 있다.

특히, 상기 몸체(10)의 측면에는 적어도 2개 이상으로 적층된 연소판(12)이 방사형으로 배칭되어 석탄을 연소시켜 주게 되는데, 첨부도면 1에서는 상기 다단 연소판(12)이 서로 마주보는 형태로 설치된 것을 보여 주고 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 이 다단 연소판(12)은 몸체(10) 내부에 서로 마주보는 형태로 한쌍을 설치하여 사용하는 것에 한정하는 것은 아니며, 연소되는 석탄의 양을 고려하여 여러개를 방사형으로 배치하여 사용할 수도 있다.

상기 연소판(12)은 첨부도면 도 2에서 도시한 바와 같이, 폭보다 길이가 긴 화격자 여러개를 나란하게 연속으로 배치한 사각 판체로 제작하여 사용하게 되며, 그 측단부에는 화격자의 폭방향을 따라 위치하도록 히터(13)가 내설되어 있고, 상기 화격자의 중간 부분에는 연소중인 석탄의 온도를 감지할 수 있도록 온도센서(14)가 장착되어 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 화격자의 하부에는 중간에 그 폭방향으로 에어 덕트(15)를 설치하여, 각 화격자 사이로 연소공기를 충분하게 공급해 줄 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 이루어진 연소판(12)은 첨부도면 1에서 도시한 바와 같이, 적어도 2개가 상하로 배치하여 다단으로 제작하여 사용하게 되며, 이때 상기 히터(13)가 후술하는 호퍼부(20)의 각 토출구(24)와 나란하게 위치하도록 공간부(11)에 설치된다.

즉, 상기 연소판(12)은 토출구(24)의 연속면 상에 오도록 위치되어 후술하는 작동부(23)에 의해 석탄이 공급되면 히터(13)에 의해 발화를 일으켜 주게 되고, 발화된 석탄은 다시 작동부에 의해 그 뒤로 공급된 석탄에 의해 화격자의 중간 부분까지 이송되어 연소가 이루어지게 되며, 일정 온도 이상으로 연소가 진행되게 되면 다시 그 뒤로 공급되는 석탄에 의해 화격자의 길이방향으로 움직이면서 연소가 이루어지게 되는 것이다.

한편, 상기 온도센서(14)는 히터(13)에 의해 발화가 이루어진 석탄이 화격자의 중간 부분으로 이송되어 연소되는 온도를 측정하게 되는데, 이때 사용되는 온도센서는 석탄의 종류에 따라 발화되는 온도를 고려하여 그 온도범위를 감지할 수 있는 센서를 사용하게 되며, 여기서 감지된 온도신호는 후술하는 작동부(23)의 구동모터에 구동신호로 제공되게 된다.

상기 호퍼부(20)는 다단 연소판(12)의 갯수에 비례하여 몸체(10)의 측부에 설치되어 이 연소판(12) 상에 석탄을 공급해주는 구성요소로, 일정량의 석탄을 저장하여 보관할 수 있는 호퍼몸체(21)와, 미리 공급된 석탄이 일정 정도 연소가 진행되면 그 뒤로 석탄을 밀어 주는 피스톤(22)과, 이 피스톤(22)을 작동시켜 주는 작동부(23)로 구성되어 있다.

호퍼몸체(21)는 상하에 각각 다단 연소판(12)과 같은 길이를 갖는 토출구 (24)가 형성된 일종의 용기로, 상기 토출구(24)는 호퍼몸체(21)의 전체 길이방향을 따라서 상하에 적어도 2개 이상 형성되어 있다.

특히, 상기 토출구(24)에는 폭보다 길이가 긴 막대 형상의 피스톤(22)이 폭방향으로 슬라이딩 가능하도록 설치되며, 이때의 피스톤(22)은 상기 호퍼몸체(21)의 상부로부터 공급된 석탄을 각 연소판(12) 상으로 밀어주는 역할을 하게 되고, 이 피스톤(22)의 작동은 후술하는 작동부(23)에 의해 이루어지게 된다.

또한, 상기 토출구(24)에는 양측에 피스톤(22)의 작동방향을 따라 장공(25)이 관통성형되어 있고, 이 장공(25)에는 상기 피스톤(22)의 양측단에 형성된 작동돌기(26)가 바깥쪽으로 돌출되어 있으며, 이렇게 바깥쪽으로 돌출된 상기 작동돌기 (26)에는 후술하는 작동부(23)의 슬라이드 크랭크 구조에 힌지연결되어 회전운동에 대하여 직선운동으로 움직이게 된다.

이와 같이 이루어진 호퍼몸체(21)는 상기 몸체(10)에 적어도 2개 이상이 방사형으로 설치되어 외부로부터 공급받은 석탄을 각 연소판(12)에 공급해 주게 된다.

상기 작동부(23)는 공지된 슬라이드 크랭크 구조를 포함하여 피스톤(22)을 작동시켜 주는 부분으로, 상기 호퍼몸체(21) 상에 상하 2단으로 설치되는 2개의 피스톤(22)과 결합되어 독립적으로 작동시켜 주게 된다.

이러한 작동부(23)는 각 피스톤(22)에 연결된 슬라이드 크랭크 구조 및 이 크랭크 구조를 연결시켜 주는 2개의 샤프트(27)와, 상기 크랭크 구조를 체인으로 연결하여 구동시켜 주는 구동모터 및 이 구동모터의 정역회전을 제어하는 제어수단으로 구성되어 있다.

상기 슬라이드 크랭크 구조는 통상적으로 회전운동을 직선운동으로 바꿔주는 구조로 이미 공지된 기술로 제작된 것을 사용하게 되며, 본 발명의 바람직한 구현예에서 상기 슬라이드 크랭크 구조는 각각의 피스톤(22)에 하나씩 대응하여 구비된다.

특히, 상기 슬라이드 크랭크 구조는 일단이 피스톤(22)의 작동돌기(26)에 연결되는 링크(50)와, 측면에 이 링크(50)의 타단이 연결되어 회전되는 회전기어(51)를 포함하고 있으며, 이 회전기어(51)는 상기 구동모터(28)에 연결되어 회전력을 받아 링크(50)를 움직여서 피스톤(22)이 직선운동을 할 수 있도록 유도하게 된다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 슬라이드 크랭크 구조는 각 피스톤(22)의 양단부에 각각 하나씩 서로 마주보는 형태로 설치되어 있으며, 이렇게 설치된 2개의 회전기어(51a,51b)는 피스톤(22)과 나란하게 위치하도록 샤프트(27)에 의해 연동가능하도록 설치되어 있다.

또한, 상기 회전기어(51b)는 다른 회전기어(51a) 및 구동모터(28)와 각각 체인(52)으로 연결되어 있는데, 이때 상기 구동모터(28)가 정역방향으로 회전함에 따라 2개의 회전기어(51a,51b) 중에서 선택된 어느 하나가 회동가능한 기어를 사용하게 된다.

즉, 상기 구동모터(28)는 미도시된 제어부의 제어를 받아 정역방향으로 회전하게 되는데, 자전거 등에 장착되어 사용되는 기어를 사용하는 회전기어(51b)는 이 구동모터(28)의 회전방향에 따라 직접 회전되면서 하부의 피스톤(22)를 작동시키거나 공회전되면서 상부의 회전기어(51a)를 구동시켜 주게 되는 것이다.

이와 같이 구성된 슬라이드 크랭크 구조는 2단으로 장착된 각 피스톤(22)의 측면에 상하로 2개가 설치되며, 상하에 위치한 2개의 회전기어(51)는 구동모터(28)와 체인(52)으로 연결되어 선택적으로 작동하게 된다.

상기 구동모터(28)는 통상 정역방향으로 회전가능한 스텝모터를 사용하게 되며, 상기 회전기어(51b)에 체인(52)으로 연결되어 미도시된 제어부의 제어를 받아 회전 작동하게 된다.

여기서, 상기 제어부는 구동모터(28)가 어느쪽 방향으로 얼마만큼 회전할 것인지를 결정하게 되는데, 상술한 온도센서(14)의 입력신호와 피스톤(22)의 작동거리에 따라 달리 작동하게 된다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 제어부는 연료로 제공되는 석탄류의 착화온도와 피스톤(22)이 토출구(24) 상에서 움직이는 거리를 고려하여 결정하게 된다.

일예로, 착화온도가 320∼460℃인 목탄의 온도센서(14)는 약 400℃ 정도가되면 석탄이 착화되었음을 제어에부에 알려주게 되고, 이때 상기 피스톤(22)은 토출구(24)를 막고 있다가 뒤로 빠지면서 호퍼몸체(21)로부터 석탄을 공급받고 다시 원래의 위치로 움직이면서 공급받은 석탄을 연소판(12) 상으로 밀어줄 수 있는 작동거리를 가지게 하는 것이다.

이와 같이 제어를 받는 구동모터(28)는 제어부의 제어에 의해 정역방향으로 회전하게 되는데, 이때 정방향으로 회전하는 경우 회전기어(51b)만 회전을 하여 하단부의 피스톤(22)이 석탄을 밀어주게 하고, 반대로 역방향으로 회전하는 경우 이 회전기어(51b)는 공회전을 하면서 다른 회전기어(51a)를 구동시켜 상부의 피스톤(22)이 석탄을 밀어 주게 된다.

따라서, 상기 작동부(23)는 미도시된 제어부의 제어를 받아 구동모터(28)를 구동시켜 주게 되는데, 이때 이 구동모터(28)는 공지된 기어를 사용하여 정방향일 때와 역방향일 때 선택된 하나의 피스톤(22)를 작동시켜 석탄공급을 해주게 되며, 이석탄공급은 온도센서(14)와 석탄의 종류에 따라 그 시기를 달리하게 된다.

상기 재처리장치(30)는 서로 마주보는 형태나 방사형으로 배치된 다단 연소판(12)의 안쪽단 하부에 위치하도록 몸체(10)의 내부 바닥면 상에 설치되며, 각 연소판(12)에서 연소되어 그 다음 석탄공급이 이루어짐에 따라 연소판(12) 아래로 떨어지는 재 등을 몸체(10) 외부로 배출하는 작용을 하게 된다.

이러한 재처리장치(30)는 상기 몸체(10) 바닥면에 연소판(12)의 길이방향을 따라 형성된 함입부(16)에 양단이 베어링 지지되도록 장착된 스크류부(31)와, 상기 몸체(10)의 외부로 돌출된 스크류의 단부에 연결되어 이것을 회전시켜 주는 모터와같은 구동수단(32)으로 이루어져 있다.

특히, 본 발명에 따른 재처리장치가 재의 토출효율을 높이기 위해, 상기 몸체(10)의 바닥면은 함입부(16)를 중심으로 하여 바깥쪽으로 갈수록 점차 그 높이가 높아지게 형성하는 것이 바람직하며, 이러한 경사면은 몸체(10)의 하부로 떨어지는 재가 상기 함입부(16) 쪽으로 모이도록 유도하게 된다.

또한, 상기 구동수단(32)은 미도시된 제어부의 제어를 받아 구동속도가 결정되는데, 이때의 구동속도는 본 발명에 따른 연소장치에서 연료로 사용하는 석탄의공급시기에 따라 달라지게 된다.

즉, 상기 호퍼부(20)에 충진된 석탄은 그 종류와 착화온도에 따라 작동부 (23)에서 공급시기가 결정되는데, 이러한 연료공급은 상기 연소판(12) 상에서 착화되어 남은 재가 순차적으로 밀리는 속도와도 같기 때문에 그 양을 알 수 있게 되며, 제어부에서는 석탄이 밀리는 속도에 따라 재처리장치(30)에서 토출시키는 양을 적절하게 조절하게 하게 되는 것이다.

따라서, 상기 재처리장치(30)는 제어부의 제어를 받아 회전하면서 스크류부(31)를 이용하여 몸체(10) 하부에 쌓이게 되는 재를 외부로 토출시켜 주게 되고, 이때 그 작동속도는 석탄이 연소판(12) 상에 공급되는 속도에 따라 달라지게 되는 것이다.

상기 열교환장치(40)는 몸체(10) 내에서 석탄이 타면서 생긴 열을 이용하기 위한 장치로, 원통 내부에 열교환을 위한 파이프가 길이방향으로 장착되어 상기 몸체(10)의 상부에 설치하여 사용하게 된다.

이때, 상기 열교환장치는 하면이 몸체(10)와 직접 연결하여 석탄의 착화로 발생된 연소가스를 받아들이게 되고, 이 연소가스가 상기 파이프에 채워진 유체와의 열교환을 일으키도록 유도하게 된다.

이렇게 몸체(10)에서 연소되어 열교환장치에서 열교환이 이루어진 연소가스는 배기관(60)을 통해 외부로 배출되게 된다.

상기 배기관(60)은 열교환장치(40)를 거친 연소가스를 외부로 배출시켜 주는 일종의 연통으로, 소정의 두께를 갖는 실린더 형상의 원통(61)과, 이 원통(61)의 내부에 설치되는 열교환용 내관(62)으로 구성되어 있다.

여기서, 상기 원통(61)은 몸체(10) 내에서 발생된 연소가스가 일정한 방향으로 유동될 수 있도록 유도하게 되며, 상기 열교환용 내관(62)은 배기가스가 가지고 있는 잔여 열을 다시 회수하는데 사용하게 된다.

즉, 상기 배기관(60)은 열교환장치(40)와 마찬가지로 실린더 형상의 원통(61)이 몸체(10) 일측에 장착되어 연소가스를 외부로 배출시켜 주게 되는데, 이때 이 원통(61)에는 내부에 배기가스에 남은 열을 회수할 수 있게 열교환용 내관(62)이 장착되어 그 내외부 사이에서 열교환을 유도하게 된다.

특히, 상기 열교환용 내관(62)은 배기가스가 몸체(10) 외부로 배출되는데 장애가 되지 않으면서 최대한 많은 열교환이 이루어져야 하는데, 본 발명의 바람직한 구현예에서 상기 내관(62)은 원추형으로 제작하여 사용하고 있다.

이와 같이 제작된 열교환용 내관(62)은 직경이 작은 부분이 아래로 향하도록 몸체(10)에 장착되어, 배기가스가 점차 넓은 영역으로 퍼지면서 열교환이 이루어지도록 유도하게 된다.

따라서, 상기 배기관(60)은 연통으로서의 기능을 가지면서 여기에 2차로 배기가스로부터 열교환이 이루어지게 하여 열효율을 더욱 높여 주게 되는 것이다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 연소판을 적어도 2단 이상으로 설된 다단 연소판을 대칭형이나 방사형으로 설치하고, 이 연소판 상에 석탄의 종류에 따른 착화온도에 의해 연소 상태를 확인하여 석탄을 계속 공급할 수 있게 함으로써, 석탄을 자동으로 공급하여 연료로 사용할 수 있으며, 또한 두번에 걸친 열교환에 의해 석탄의 열효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 일측에 연소용 열선과 석탄의 발화 온도를 검출해 내는 온도 센서가 구비되어 있으며 적어도 2단 이상으로 적층된 다단 연소판이 서로 마주보는 형태로 설치된 몸체와, 상기 각 다단 연소판의 상부에 위치하여 온도 센서의 신호를 받아 슬라이드 크랭크 방식으로 석탄류를 공급하는 호퍼부와, 서로 마주하는 연소판의 단 하부에 위치하여 연소 후 생성된 부산물을 외부로 배출시켜 주는 재처리장치와, 상기 몸체의 상부에 장착되어 연소열로 열교환을 일으키는 열교환장치와, 열교환이 끝난 연소가스를 몸체 외부로 배출하면서 재차 열교환을 시켜주는 배기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄을 이용한 다단 연소장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 몸체는 다단 연소판이 방사형으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 석탄을 이용한 다단 연소장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 호퍼부는 각 연소판의 전체 테두리에 걸쳐 석탄공급을 위한 토출구를 갖는 호퍼몸체와, 상기 토출구에 설치되어 폭방향으로 움직임이 가능한 피스톤과, 상기 온도센서의 입력신호에 따라 피스톤을 작동시켜 자중에 의해 아래로 떨어지는 석탄을 공급시켜 주기 위해 슬라이드 크랭크 구조로 연결되어 체인구동되는 스텝모터를 포함하는 작동부로 구성된 것을 특징으로 하는 석탄을 이용한 다단 연소장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 작동부는 각 피스톤의 양단에 연결된 통상의 슬라이드 크랭크 구조를 서로 연결시켜 주는 각각의 샤프트와, 상기 각 크랭크 구조의 구동기어를 체인으로 연결하여 구동시켜 주는 구동모터 및 이 구동모터를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 구동모터와 체인연결되는 구동기어는 정방향 회전에서 상부 크랭크 구조를 구동시켜 주고, 역방향 회전으로 하부 크랭크 구조를 구동시켜 주는 기어인 것을 특징으로 하는 석탄을 이용한 다단 연소장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 배기관은 연소가스를 수용할 수 있는 밀폐된 실린더 형상의 원통과, 이 원통내에 원추형으로 설치된 열교환용 내관으로 구성된 것을 특징으로 하는 석탄을 이용한 다단 연소장치.